热电池技术进展与研究

热电池技术 进展与研究

刘 方

贵州梅岭电源有限公司 贵州遵义 563000

摘要：热电池为一次储能电池，同其他类型电池对比，优势特点明显，在军事等领域有着重要的影响。由于热电池的优势和性能特点，热电池技术也获得广泛关注，为使热电池技术的重要价值可以得到有效发挥，务必重视对热电池进行深入科学研究。基于此，本文对热电池的技术进展进行研究及分析探讨。

关键词：热电池；技术进展；研究

前言：热电池亦被称作熔盐电池，电解质以熔盐为主，通过自动激活结构，将热源快速点燃，并融化电解质，从而激活一次储备电池。热电池存在着存储寿命长、结构简单可靠且输出功率大等优势特点，在军事领域有着非常重要的影响。热电池技术经过不断的科学研究发展，技术发展相对较为成熟。不过，国内外相关领域研究人员依然重视对热电池技术的科学深入研究，旨在促进热电池技术的创新发展。

一、电极制造新工艺——等离子喷涂

热电池单体电池，由阴极、阳极和电解质共同构成，且制备工艺多以粉末或是压制成型方式为主。粉末成型制成的圆片机械，强度不足，为方便进行压制、装配，成型圆片厚度明显较大，所以，电极材料容量明显超过实际放电容量，部分电池容量利用率甚至低至百分之几。此外，过量材料使电池体积明显增大，对小型化发展产生制约影响。所以，美国US Nano通过创新研发，电极制造期间，对等离子喷涂工艺加以合理运用，研制出电池制造新工艺。等离子喷涂应用范围较广，利用等离子体上万度高温，对材料加热至熔融或是软化状态，并喷涂至基材表面，以此形成涂层，等离子喷涂涂层相对较薄，具体操作时，不会超过100μm，使电极材料用量明显降低。为对等离子喷涂加以合理运用，需对电极材料热分解加以科学严格控制。

热电池阴极材料中，金属硫化物受热较易发生分解。等离子体上万度高温影响下，对阴极材料的有效控制是影响喷涂的关键。所以，US Nano通过创新研发，阴极材料颗粒表面通过包裹保护材料的方式，利用保护材料所具有的熔融和气化作用，对阴极材料颗粒表面温度进行有效控制，有效避免物质分解。已有文献中，涉及到等离子喷涂工艺制造电极方法内容相对较多，对具体方法有相应的介绍。所以，等离子喷涂工艺的合理运用，在热电池电极制备方面有着明显的优势^[1]。

二、无损检测技术应用

针对热电池，为一次性电池，传统检测方法以抽样形式，对电池激活，完成放电试验，电池消耗明显，对为检测产品质量难以做出充分保证，这对产品可靠性要求非常严格的军事领域，也成为备受关注的焦点。所以，以升温或是常温状态下为主，研究人员对热电池交流阻抗进行测试，发现可用于尝试解决问题的方法途径。

以LiSi阳极材料和“老化”阳极材料为主所制成的单体电池，对交流阻抗进行测试得知，25℃标准条件，标准LiSi材料和老化LiSi材料进行对比， 以及相位角两个图谱存在区别差异。以室温条件为主，对热电池两种图谱进行测试，有可能对因LiSi材料老化引起的质量隐患做出快速准确辨别。

以此原理为主，美国US Nanocorp通过创新研发，研制用于一次性储备电池无损检测的测试仪原理样机，可对Zn/AgO电池和热电池等进行有效监测。针对图谱，差异数量方面，随测试样品区别存在差异变化，定量标准难以明确，具有模式方面的明显差异。所以，基于模糊逻辑控制技术，测试仪原理样机能够对谱图模式做出快速准确判断。现阶段，样机研制还有待继续优化完善，不过，却对热电池无损检测方面具有重要的影响和意义^[2]。

三、计算机模拟设计

热电池应用领域的持续扩展，以经验为主的“设计-试验验证-改进”的设计方式，依然难以有效满足产品开发的具体标准需求，亟需相应的辅助设计工具，使耗时耗力的缺点和不足可以得到有效解决。所以，研究人员在热电池计算机模拟方面也进行深入科学研究。随着计算机技术的创新发展，性能方面得到较大提升，各类软件的应用也更加普遍，设计人员可通过CAD、CAE、UG/NX等软件的运用，完成方案的科学设计，热电池计算机模拟应用同样获得良好发展。其中，UG/NX属于最具代表性，且先进科学的CAD/CAE/CAM软件，基于参数化与变量化技术，同曲面与线框以及实体功能进行有机结合，为热电池模拟设计提供更加灵活多变的设计环境。同时也为热电池研究发展提供可靠保障。

第一，热模拟。针对热电池，热设计是影响电池性能的关键因素之一，热模拟的数字模型相对较为简单，所以，热模拟也属于发展时间相对较早的热电池模拟方法。初期阶段，主要以独立建模独立变成计算的方式为主。随着UG/NX、CAE等软件的开发应用，热模拟软件包逐步完善成熟，对电池热模拟应用产生极大的促进作用。研究人员以热模拟的方式，对GPS热电池做出科学优化设计，电池体积明显缩小，比能量、比功率得到显著提高的同时，使电池工作可靠性得到改善提升。

第二，电性能模拟。同热模拟进行对比，电性能模拟明显难度和挑战性更高。对于热电池电性能产生影响的因素，明显更加复杂，部分因素影响关系并未充分了解掌握，对电压-时间函数关系的模拟，同实际情况明显存在相应的偏差。电性能模拟非常关键，对工程设计具有重要的指导意义，对热电池有关电化学理论研究同样具有重要价值。

初期阶段，研究人员以Li合金/FeS₂电池反应机理研究为基础，建立数学模型并进行求解，同电池放电数据做出系统对比；研究人员以浓溶液中存在化学反应的物质扩散机理为基础，建立唯象性数学模型，并对电压-时间关系曲线进行科学计算，其准确性方面，同原来模型进行对比，有着非常明显的提升。针对工程应用，法国ASB依托企业所研发的有限元软件包“Ether”，完成了LiSi/FeS₂的系统模拟，基于系统模拟能够得知，软件模拟所获得的电压-时间关系曲线，位于放电过程中，大多数时间情况下，准确性均能够保持较高水平，对工程设计表现出重要的指导意义^[3]。

结论：综上所述，热电池属于具有特殊性的储能电池，在相关行业领域有着重要应用。随着武器装配发展对热电池整体需求的持续增加，为保证热电池性能和质量，务必重视对热电池进行深入科学研究，促使热电池质量够可以得到有效提高，充分发挥性能的同时，有效延长使用寿命。

参考文献：

[1]兰伟,李立.热电池新技术的研究进展[J].电池工业,2018,13(006):405-408.

[2]李志友,曲选辉.热电池的研究进展[J].电池,2017,027(004):185-187.